====== 11. Správa barev  ======
//**Od kalibrace po minilab**//


===== Úvod =====

Z [[http://cmp.felk.cvut.cz/~hlavac/TeachPresCz/11DigZprObr/04ColorImagCz.pdf|přednášky]] víme, jak je možné (alespoň teoreticky) vytvořit všechny barvy
vnímatelné člověkem pomocí pouhých třech primárních barev – červené, zelené a modré (RGB). Kdykoliv reprodukujeme barvu na fyzickém zařízení, ať
už je to monitor, diapozitiv, nebo výtisk, činíme tak manipulací s červeným,
zeleným a modrým světlem, a to buď přímo, např. v monitoru počítače, nebo
nepřímo, pomocí barviv ve výtisku.

V digitálním obraze je barva reprezentovaná pomocí //kanálů//, které jsou
dále rozděleny do //úrovní//. Kanály jsou typicky tři a odpovídají třem primárním barvám – červené, zelené a modré. Úrovní je typicky 256 (při 8-bitové
kvantizaci) a jednotlivé úrovně v každém kanálu odpovídají množství korespondujícího světla (barviva) ve výsledné směsi. S ohledem na historický
vývoj digitálního obrazu nejde o přesný matematický popis barvy ale spíše
o řídící signály zobrazovacích zařízení.

Bez další doplňující informace je takový popis barvy velmi neurčitý. Můžeme si ho spíše představit jako recept, který každé zařízení interpretuje podle
svých schopností. Dejte dvaceti kuchařům stejný recept a dostanete dvacet
různých jídel. Stejně tak jsou rozdíly mezi monitory, tiskárnami, scannery,
apod., a to i mezi jednotlivými kusy jednoho modelu daného výrobce. Např.
LCD monitory se liší podsvícením (intenzitou, luminofory v trubicích, LED
technologií), barevnými filtry na jednotlivých sub-pixelech, vnitřním zpracováním odrazu, atd. Výsledkem je, že každý kus má jiné primární barvy,
bílý/černý bod, tonální křivku, apod. Barva výsledného obrazu bude silně
záviset na těchto parametrech.
===== Barevné prostory =====

Nad třírozměrnými hodnotami RGB úrovní definujeme //souřadný systém// a jeho bázi vzhledem k prostoru barev,
které člověk, resp. //průměrný pozorovatel//, vnímá. 
Tím každá hodnota RGB úrovní získá vzhledem k přiřazenému prostoru význam konkrétní
barvy.

{{:courses:a7b33dif:cviceni:srgb.jpg?direct&300 |3D vizualizace prostoru sRGB (CIE XYZ diagram)}}

{{ :courses:a7b33dif:cviceni:gamut.jpg?direct&250|CIE xy chromaticity diagram (barevná složka = XYZ bez jasu Y)}}

Každý prostor barev
je tvořen výhradně barvami, které lze namíchat z nenulových, konečných
kombinací primárních barev vlastních tomuto prostoru (ať už je to prostor
popisující chování monitoru nebo data v obrázku). Hranice toho prostoru,
limitovaná především spektrem (barvou) jeho primárních barev, se nazývá
//gamut// (rozsah barev). 

Barvy mimo rozsah nelze v daném prostoru popsat, tj.
obrazový soubor nemůže reprezentovat barvy mimo rozsah jemu přiřazeného
prostoru, stejně tak zobrazovací zařízení nemůže zobrazit barvy mimo svůj
rozsah.

[[http://www.iccview.de/index.php/3d|Aplikace pro 3D vizualizaci a porovnání gamutu (L*a*b)]].
==== Nejběžnější pracovní prostory ====
 
**sRGB** – puvodne vznikl jako prostor popisující vlastnosti CRT monitoru,
obsahuje vetšinu barev, které se bežne vyskytují. Bez problému zobrazitelný
na bežném (lepším) LCD (ne wide-gamut). S drobnými kompromisy zobrazitelný
i na wide-gamut monitorech (pokud nemají HW kalibraci a emulaci
menšího sRGB prostoru muže dojít díky 8-bit prenosu pres DVI rozhraní ke
ztráte polotónu, posterizaci). Neobsahuje některé hodne saturované odstíny
azurové (cyan), purpurové (magenta) a žluté, které lze vytisknout na CMYK
zařízeních.

**Adobe RGB** – vytvořený firmou Adobe pro potřeby DTP. Vetší než sRGB,
pokrývá lépe rozsah CMYK prostoru. Lépe zobrazitelný na wide-gamut monitorech,
ale jen drahé profesionální monitory tento prostor umí zobrazit
úplně celý.

**ProPhoto RGB** – obrovský prostor. Vytvořen k tomu, aby pokryl všechny
barvy, které lze nasnímat digitálním fotoaparátem

===== Správa barev =====
{{ :courses:a7b33dif:cviceni:cms-direct.jpg?direct&600 |}}
  * Barva jako trojice RGB hodnot 
  * Dvě různá zařízení mohou mít odlišné chování (primární barvy, nelinearitu, etc…) 
  * Stejné RGB hodnoty → odlišné barvy

===== Color Management System (CMS) =====
Protože málokdy si rozsahy prostoru obrazových souborů odpovídají s
rozsahem zobrazovacího zařízení (mají jiné primární barvy) nebude nikdy
obraz na monitoru (ev. výtisku) přesně odpovídat všem barvám v digitálním
souboru. Ze stejného důvodu nikdy na dvou monitorech nedostaneme úplně
stejný obraz. Úlohou správy barev je však tyto rozdíly minimalizovat na
nejmenší dosažitelnou míru. Barvy ležící v průniku obou rozsahů (gamutů)
lze zobrazit přímo. Barvy leží mimo rozsah cílového prostoru musí CMS
převést na barvy zobrazitelné.

{{ :courses:a7b33dif:cviceni:cms-managed.png?direct&600 |}}
  * Barva jako trojice RGB hodnot + ICC profil 
  * ICC profil definuje význam RGB hodnot (barvu) 
  * CMS převádí RGB hodnoty mezi prostory 
  * Různá zařízení, různý signál → stejné barvy

===== Kalibrace a profilování monitoru =====

  * **Kalibrace** – uvedení zařízení do žádoucího stavu (nastavení HW parametrů přímo v zařízení)
  * **Profilování** – změření chování zařízení a vytvoření ICC profilu 
  * **Černý bod** – jas černé (odpovídá vstupu „0, 0, 0“) 
  * **Bílý bod** – jas a barva bílé (odpovídá vstupu „255, 255, 255“) 
  * **Kontrast** - poměr jasu bílého a černého bodu 
  * **Primární barvy** – barvy jejichž kombinací zařízení reprodukuje barevné vjemy, každé zařízení může mít tyto barvy jiné
  * **Gamma** – nelinearita monitoru (relikt z dob CRT) 
{{ :courses:a7b33dif:cviceni:gamma.png?direct&400 |Gamma}}
==== Postup profilování (Linux/GNOME) ====
  - Po zasunutí sondy ([[courses:a7b33dif:zapujcky?&#pouziti_kolorimetricke_sondy|možno zapůjčit]]) do USB se objeví okno pro správu barevných profilů zařízení (ovladač je součástí systému)
  - Vyberte zařízení a zvolte Calibrate
  - Postupujte podle průvodce ("+" ukáže konzoli)
  - Sondu přiložte na očištěný displej 
  - Po skončení si můžete prohlédnout profil v Details
 
==== Postup profilování (Windows) ====
  - Nainstalujeme [[http://www.xrite.com/product_overview.aspx?action=support&id=758|program a ovladače]] pro kolorimetrickou sondu
  - Sondu ([[courses:a7b33dif:zapujcky?&#pouziti_kolorimetricke_sondy|možno zapůjčit]]) připojíme a přiložíme na očištěný displej
  - Spustíme profilování - sonda měří barvy zobrazené na displeji
  - Výsledkem je ICC profil, který popisuje
     * Kalibrační křivky pro grafickou kartu (LUT) 
     * Parametry monitoru dosažené kalibrací

{{ :courses:a7b33dif:cviceni:icc-profile.jpg?direct |}}
===== Kalibrace fotoaparátu =====
{{:courses:a7b33dif:cviceni:colorchecker.jpg?direct&350| }} {{:courses:a7b33dif:cviceni:colorsheet.jpg?direct&200|}} 
  * Pomocí kalibrační tabulky např. [[http://www.xrite.cz/x-rite-colorchecker-passport.html|x-rite ColorChecker]] 
  * 24 změřených barevných polí 
  * Pro každou scénu je třeba mít vlastní profil 
  * Snímek s kalibrační tabulkou uložit do RAW 
  * Speciální software vytvoří profil fotoaparátu pro Adobe Camera Raw či Lightroom


==== Postup kalibrace ====

  - V [[http://xritephoto.com/ph_product_overview.aspx?ID=938&Action=support&SoftwareID=986|ColorChecker Camera Calibration]] vytvořit profil 
  - V Adobe Camera Raw použít vytvořený profil 
  - Nastavit bílou podle 2. pole ve spodním řádku 
  - Vytvořit 6 barevných sond pro šedá pole Pomocí Exposure a Black nastavíme správné údaje pro bílý a černý bod 
  - Pomocí Brightness a Contrast zpřesňujeme šedé tóny 
  - Pro lepší přesnost se přesuneme do Photoshopu, nutný 16-ti bitový formát, AdobeRGB nebo sRGB 

Podrobně zdokumentovaný postup najdete  [[http://cmp.felk.cvut.cz/~tylecr1/teaching/DIF/2012-2013Leto/labs/10_kalibracnitabulka.pdf|zde]].

<WRAP tip round>
**Cvičení:**
  - Vytvořte z {{:courses:a7b33dif:cviceni:colorchecker-studio.zip|fotografie tabulky ve studiu}} profil fotoaparátu a uložte ho do ''c:\Users\[Name]\AppData\Roaming\Adobe\CameraRaw\CameraProfiles\''
  - V Adobe Camera RAW použijte {{:courses:a7b33dif:cviceni:nikon_d300.zip|profil fotoaparátu}} a nastavte šedé tóny na hodnoty uvedené v {{:courses:a7b33dif:cviceni:colordata.pdf|tabulce}} 
  - Upravený snímek převeďte do Photoshopu a pokuste se nastavit pole RGBCMY.
</WRAP>



===== Pracovní Prostor =====
{{ :courses:a7b33dif:cviceni:working-profile.jpg?direct&500 |}}
  * Prostor ve kterém editujeme fotografie 
  * //Doporučení//: sRGB nebo AdobeRGB (co je blíže monitoru)

==== Přiřazení vs. převod ====

  * **Přiřazení** profilu zachová data, změní význam 
  * **Převod** do jiného prostoru změní data, zachová význam (barvu)

=== Situace ===
{{ :courses:a7b33dif:cviceni:open-mismatch.png?direct&300|}}
  * //Otevření souboru bez barvového profilu//: pokud víme odkud pochází, //přířadíme// odpovídající prostor
  * //Otevření souboru s prostorem odlišným od pracovního//: pro editaci //převedeme// do pracovního prostoru nebo ho změníme




==== Záměr reprodukce (intent) ====

=== Kolorimetrický záměr ===
{{:courses:a7b33dif:cviceni:intent-colormetric.png?direct&150 |}}
  * zachová beze změny ty barvy, které lze reprezentovat v cílovém prostoru
  * barvy mimo cílový prostor převede na nejbližší reprezentovatelné barvy se stejným odstínem

**Relativní** - převede bílou na barvu bílého bodu cílového prostoru

**Absolutní** - zachová při převodu odstín bílé

=== Perceptuální záměr ===
{{:courses:a7b33dif:cviceni:intent-perceptual.png?direct&150 |}}
  * převede všechny barvy do cílového prostoru tak, aby zůstaly zachovány vztahy mezi jednotlivými barvami 
  * absolutní hodnoty barev se mohou změnit 
  * vhodné pro převod z velkého prostoru do menšího 

=== Záměr sytostní ===

  * zachová maximální saturaci, nikoliv barevnou věrnost
  * vhodný pro koláčové grafy

==== Nastavení Photoshopu ====

  * Optimální nastavení podle obrázku 
  * **Black point compensation** převede černou barvu na barvu černého bodu v cílovém prostoru (maximalizuje dynamický rozsah)
 
{{:courses:a7b33dif:cviceni:color-settings.png?direct&400|}} 
{{:courses:a7b33dif:cviceni:intent-black-point.png?direct&300|}}


==== Proofing ====
{{ :courses:a7b33dif:cviceni:color-proof.png?direct&500 |}}

Simulace výstupních zařízení na monitoru 
  - Převod do prostoru simulace
  - Zpětný převod na monitor

<WRAP tip round>
 **Cvičení:**
  - Otevřete {{:courses:a7b33dif:cviceni:color-proof-japan.jpg?linkonly|fotografii noční ulice}} 
  - Zkuste Proof/Monitor RGB 
  - Zkuste proof výtisku na minilabu ({{:courses:a7b33dif:cviceni:frontier570.zip|profil}}++ |stáhněte do ''C:\WINDOWS\system32\spool\drivers\color'' ++)
  - Náhled lze vypínat/zapínat pomocí Ctrl+Y
</WRAP>


==== Data pro minilab ====

Opatříme si profil stroje v minilabu a uložíme ho do ''C:\WINDOWS\system32\spool\drivers\color''

=== Obvyklý postup ===
  - Použijeme soft-proof pro simulaci minilabu 
  - Závěrečné korekce v našem pracovním prostoru 
  - Převedeme do sRGB a pošleme do minilabu
  - Minilab převede data do tiskového prostoru

=== Když máme tisk pod kontrolou ===
můžeme minimalizovat počet převodů
  - Soubor převedeme do prostoru minilabu 
  - Provedeme závěrečné korekce 
  - Necháme v prostoru minilabu a uložíme 
  - Obsluhu důrazně upozorníme že je soubor v jejich prostoru

Odesíláme preferovaně v TIFF bez komprese (kvůli kompatibilitě), ev. JPEG ve velké kvalitě



==== Závěrečné poznámky ====

  * Barvy **GUI** prvků ovlivňují barvocit lze schovat pomocí kláves Tab a F 
  * **Disciplína** – soubory s profily, nastavený Photoshop, monitor zkalibrovaný/zprofilovaný 
  * Správa barev za vás **neopraví** špatné fotografie
  * Správa barev umožní **předvídatelnost** a **opakovatelnost** výsledku 
  * Nejasnosti a dotazy na diskusním fóru předmětu

<WRAP round download>
**Úkol: Početní úloha na barevné transformace**
  * Přečtěte si v [[http://cmp.felk.cvut.cz/~tylecr1/teaching/DIF/2009-2010LS/labs/08_barvy.pdf|textu]] kapitolu 9 
  * Vypracujte odpověď na otázky 3 a 4 uvedené na konci 
  * Odevzdejte s vysvětlením pomocí odevzdávacího systému ve formátu PDF (možno ručně a naskenovat/vyfotit)
</WRAP>

==== Odkazy ====

  * B. Fraser, C. Murphy, and F. Bunting. [[http://www.colorremedies.com/realworldcolor/|Real World Color Management]], 2nd ed. Peachpit Press, 2005.
  * D. Margulis.  [[http://www.ledet.com/margulis/2007HTM/ACT06-Prophoto_Dan.htm|Gamut tests of two sample images.]], 2007.
  * D. Margulis.  [[http://www.ledet.com/margulis/2007HTM/ACT06-ProPhoto_RGB.htm|The merits of ProPhoto RGB.]], 2007.
  * R. Tezaur.  [[http://www.paladix.cz/serial/10047.html|Seriál o Color Management.]], 2003–2005.